(57)【要約】【課題】接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことのできる液体金属リレーを提供する。【解決手段】液体金属から成る固定接点２と、固定接点２に接離する固体金属から成る可動接点１と、可動接点１を固定接点２に対して接離自在に移動させるアクチュエータとを備え、固定接点２は、絶縁性を有する材料から形成されて上面を開口したケース２０に充填されて成り、ケース２０には、固定接点２よりも可動接点１に近い側に固定接点２を成す材料よりも高い抵抗率を有する材料から成る導電性流体３が充填される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属から成る固定接点と、固定接点に接離する固体金属から成る可動接点と、可動接点を固定接点に対して接離自在に移動させる駆動手段とを備え、固定接点は、絶縁性を有する材料から形成されて可動接点と対向する一面において少なくとも可動接点を挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体から成るケースに充填されて成り、ケースには、固定接点よりも可動接点に近い側に固定接点を成す材料よりも高い抵抗率を有する材料から成る導電性流体が充填されたことを特徴とする液体金属リレー。
【請求項２】
前記導電性流体は、各々互いに異なる抵抗率を有する流体から成る複数の層を積層して成り、固定接点側から可動接点側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように積層されたことを特徴とする請求項１記載の液体金属リレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体金属から成る接点と液体金属から成る接点とを開閉する液体金属リレーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各々銀等の固体金属から成る固定接点及び可動接点間を開閉するリレーが知られている。この種のリレーでは、接点間を閉成する場合、及び接点間を開成する場合の何れにおいても接点間にアークが発生する虞がある。例えば、接点間を閉成する場合には、図３（ａ）に示すように、先行アーク（同図ア参照）や、接点バウンスが生じることによるバウンスアーク（同図イ参照）が発生する。また、接点間を開成する場合には、図３（ｂ）に示すように、遮断アーク（同図ウ参照）が発生する。これらアークが原因で接点材料が溶融し、接点間が開成している状態で接点同士が溶着して、接点間を開成することができず遮断不能となる虞がある。また、これらアークが原因で接点材料が溶融又は軟化することで、接点材料の転移や変形が生じる場合がある。この場合、接点間のオーバートラベル量が変化することで接触抵抗が増大し、導通不良や動作不良をきたす虞がある。
【０００３】
上記問題を解決するものとして、１対の固体金属から成る接点間を水銀等から成る液体金属を介して開閉するリレーが開示されている（例えば、特許文献１参照）。この種のリレーの一例を以下説明する。
【０００４】
このリレーは、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、略矩形状の基板１０１及び絶縁性基板１０２から成る本体部１００と、本体部１００内に設けられて導電性流体Ｌが収納される収納室１００ａと、収納室１００ａと連通して導電性流体Ｌの流路となるチャンネル１００ｂと、チャンネル１００ｂ内において露設される１対の接点１０３と、収納室１００ａ内に収納された導電性流体Ｌを移動させて接点との導通状態を切り換える圧電素子から成るアクチュエータ１０４とから構成される。ここで、導電性流体Ｌは、常温常圧（２５℃、１気圧）で液体の金属（例えば、水銀）から成る。また、接点１０３は、導電性金属材料（例えば、半田）を用いためっき層から成る。収納部１００ａの図４（ｂ）における上側の部位は、薄膜状のダイアフラム部となっており、アクチュエータ１０４が駆動した際にアクチュエータ１０４によって押圧されて前記下側に撓むようになっている。
【０００５】
以下、この従来例の動作について説明する。先ず、電圧が印加されていない状態では、アクチュエータ１０４が動作しないためにダイアフラム部が変形しない。この状態では、収納室１００ａに収納されている導電性流体Ｌは一方の接点１０３としか接触しておらず、接点間は開成されている。電圧を印加してアクチュエータ１０４を駆動すると、アクチュエータ１０４によってダイアフラム部が前記下側に撓み、収納室１００ａに収納されている導電性流体Ｌが押し出されてチャンネル１００ｂ内を移動し、導電性流体Ｌと他方の接点１０３とが接触する。すると、両接点１０３間が導電性流体Ｌを介して導通するため、接点間が閉成する。そして、電圧の印加を停止すれば、アクチュエータ１０４によって変形させられていたダイアフラム部が元の状態に復帰するため、導電性流体Ｌも収納室１００ａに戻り、接点間が開成される。
【０００６】
上述のように、１対の接点間を液体金属を介して開閉しているので、液体金属と接点との間でアークが発生した場合でも接点が溶着することがない。また、仮にアークによって液体金属が蒸発したとしても、再び液体に復帰するために液体金属が消耗することもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−１５９３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来例では、依然として接点と液体金属との間でアークが発生する、特に接点間を開成する際にアークが発生する虞がある。このため、アークにより固体金属から成る接点が溶融及び軟化することで、接点材料の変形や消耗が生じるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことのできる液体金属リレーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、液体金属から成る固定接点と、固定接点に接離する固体金属から成る可動接点と、可動接点を固定接点に対して接離自在に移動させる駆動手段とを備え、固定接点は、絶縁性を有する材料から形成されて可動接点と対向する一面において少なくとも可動接点が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体から成るケースに充填されて成り、ケースには、固定接点よりも可動接点に近い側に固定接点を成す材料よりも高い抵抗率を有する材料から成る導電性流体が充填されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、導電性流体は、各々互いに異なる抵抗率を有する流体から成る複数の層を積層して成り、固定接点側から可動接点側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように積層されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、接点間を開成する際に、先ず固定接点を成す液体金属から可動接点が離れ、次に可動接点が徐々に固定接点から離れて可動接点と固定接点との間に介在する導電性流体の接離方向における距離が長くなるので、抵抗値が徐々に増大して接点間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点が導電性流体から完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、可動接点が固定接点を成す液体金属から離れる際にアークが発生することなく導電性流体の抵抗値を高くすることができるので、単一材料で導電性流体を構成する場合と比較して、接点間を流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流するために必要な導電性流体の量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る液体金属リレーの実施形態１を示す概略図である。
【図２】本発明に係る液体金属リレーの実施形態２を示す概略図である。
【図３】従来の何れも固体金属から成る接点間を開閉する際のアークの発生を示す図で、（ａ）は接点間を閉成する場合を示す図で、（ｂ）は接点間を開成する場合を示す図である。
【図４】従来の液体金属リレーを示す図で、（ａ）は概略後面図で、（ｂ）はＡ−Ａ’線断面矢視図で、（ｃ）はＢ−Ｂ’線断面矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
以下、本発明に係る液体金属リレーの実施形態１について図面を用いて説明する。但し、以下の説明では、図１における上下を上下方向と定めるものとする。本実施形態は、図１に示すように、液体金属から成る固定接点２と、固定接点２に接離する固体金属から成る可動接点１と、可動接点１を固定接点２に対して接離自在に移動させるアクチュエータ（図示せず）とを備え、固定接点２は、絶縁性を有する材料から形成されて上面を開口したケース２０に充填されて成り、ケース２０には、固定接点２よりも可動接点１に近い側（上側）に固定接点２を成す材料よりも高い抵抗率を有する材料から成る導電性流体３が充填される。尚、本実施形態及び後述の実施形態２では、本発明の要旨となる接点構造についてのみ詳述し、液体金属リレーの他の構成については図示及び説明を省略する。
【００１６】
可動接点１は、固定接点２から離れた側（上側）に設けられ、接点間の閉成時に固定接点２と接触導通する。固定接点２は、例えば水銀や、ガリウム（Ｇａ），インジウム（Ｉｎ），スズ（Ｓｎ）から成る共融合金等の液体金属から成り、接点間が開成している状態において可動接点１と所定の間隔を空けるようにケース２０内に充填されている。
【００１７】
ケース２０は、例えば絶縁性を有する樹脂材料から上面を開口した箱体に形成され、その内部に固定接点２が充填される。ケース２０の内底面には、図示しないが液体金属と接触導通する外部接点が露設されており、当該外部接点は外部の電路（図示せず）と接続されている。而して、可動接点１が固定接点２と接触導通すると、可動接点１から固定接点２及び外部接点を介して外部の電路に電流が流れるようになっている。尚、上記構成は外部の電路との接続を示す一例であって、当該構成に限定される必要は無い。また、本実施形態では、ケース２０を上面を開口した箱体に形成しているが、ケース２０を上面に可動接点１が挿通可能な大きさの開口が設けられた箱体に形成しても構わない。
【００１８】
導電性流体３は、接点間が開成している状態において可動接点１と所定の間隔を空けるようにケース２０内部の固定接点２の上側に充填されている。導電性流体３は、例えばイオン液体から成り、固定接点２を成す材料と互いに混じり合わないようになっている。尚、導電性流体３は、イオン液体に限定されるものではなく、固定接点２よりも高い抵抗率を有し且つ固定接点２を成す材料と互いに混じり合わないものであればよい。
【００１９】
アクチュエータは、例えば圧電素子から成り、電圧が印加されると下方向に駆動して可動接点１を固定接点２と接触させるように下方向に移動させる。また、電圧が印加された状態で電圧の印加を停止すると、上方向に駆動して可動接点１を固定接点２から離れるように上方向に移動させる。尚、アクチュエータは圧電素子に限定されるものではなく、可動接点１を固定接点２に対して接離自在に移動させるものであれば他の構成であっても構わない。
【００２０】
以下、本実施形態の動作を説明する。先ず、接点間を閉成する場合について説明する。アクチュエータに電圧を印加することで下方向に駆動させると、可動接点１が下方向に移動して導電性流体３と接触する。この時点では接点間は閉成されない。そして、可動接点１が更に下方向に移動して固定接点２内に入り込むと、可動接点１と固定接点２とが接触導通し、接点間が閉成される。
【００２１】
次に、接点間を開成する場合について説明する。アクチュエータへの電圧の印加を停止すると、アクチュエータが上方向に駆動して可動接点１が上方向に移動する。ここで、可動接点１は最初に固定接点２から離れ、導電性流体３とのみ接触するようになる。すると、可動接点１と固定接点２との間を流れていた電流が、抵抗値の高い導電性流体３を介して可動接点１と固定接点２との間に流れるので、接点間を流れる電流が限流される。そして、可動接点１が上方向に移動するにつれて、可動接点１と固定接点２との間の距離が長くなり、これに伴って可動接点１と固定接点２との間に介在する導電性流体３の上下方向における距離も長くなり、抵抗値が高くなることで接点間を流れる電流が徐々に限流される。可動接点１が導電性流体３から離れる時点に達すると、接点間を流れる電流はアークが発生しない程度の電流値まで十分に限流されるので、接点間を開成する際にアークが発生しない。
【００２２】
上述のように、接点間を開成する際に、先ず固定接点２を成す液体金属から可動接点１が離れ、次に可動接点１が徐々に固定接点２から離れて可動接点１と固定接点２との間に介在する導電性流体３の接離方向における距離が長くなるので、抵抗値が徐々に増大して接点間を流れる電流を徐々に限流することができる。このため、可動接点１が導電性流体３から完全に離れる前において流れる電流をアークが発生しない程度の電流値まで限流することができ、したがって接点間を開成する際におけるアークの発生を防ぐことができる。而して、アークにより固体金属から成る固定接点２が溶融及び軟化することが無いので、接点材料の変形や消耗が生じるのを防ぐことができる。
【００２３】
（実施形態２）
以下、本発明に係る液体金属リレーの実施形態２について図面を用いて説明する。尚、本実施形態の基本的な構成は実施形態１と共通であるので、共通する部位には同一の番号を付して説明を省略する。本実施形態は、図２に示すように、導電性流体３が、各々互いに異なる抵抗率を有する流体から成る複数の層を積層して成り、固定接点２側から可動接点１側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように積層されている。尚、導電性流体３の各層は互いに混じり合わないようになっている。
【００２４】
ここで、実施形態１では、導電性流体３を可動接点１と固定接点２との間に介在させることで接点間を流れる電流を徐々に限流しているが、アークが発生しない程度の電流値まで限流するためには、導電性流体３の上下方向の長さ寸法を大きくしなければならず、したがって必要となる導電性流体３の量が多くなる。これを解決するために、導電性流体３をより抵抗率の大きい材料で構成することが考えられる。しかしながら、導電性流体３の抵抗値を固定接点２の抵抗値よりも高くし過ぎると、接点間を開成する際に、可動接点１が固定接点２から離れる時点でアークが発生する虞がある。即ち、アークが発生しないように接点間を開成するには、可動接点１が固定接点２から離れる時点で接点間を流れる電流が急激に限流されないようにする必要がある。
【００２５】
そこで、本実施形態では、導電性流体３を固定接点２側から可動接点１側に向かうにつれて抵抗値が高くなるように積層しているので、接点間を開成する際に、可動接点１が固定接点２から離れる時点でアークが発生することがなく、接点間を流れる電流を効率良く制限することができる。例えば、導電性流体３の固定接点２と接する層の流体を実施形態１の導電性流体３と同じ材料から構成すれば、導電性流体３を単一の材料で構成する場合と比較して導電性流体３全体の抵抗値を高くすることができる。而して、アークが発生しない程度の電流値まで限流するのに必要な導電性流体３の上下方向の長さ寸法を小さくすることができ、必要な導電性流体３の量を少なくすることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  可動接点
２  固定接点
２０  ケース
３  導電性流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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